RU2806862C1 - Поршневой компрессор с рубашкой вокруг поршневого штока - Google Patents

Abstract

Изобретение относится к поршневому компрессору. Поршневой компрессор (100) содержит поршень (130), поршневой шток (134), механически соединенный с указанным поршнем (130), цилиндр (110), содержащий камеру (111) сжатия, выполненную с возможностью размещения указанного поршня (130) с возможностью скольжения, причем указанный цилиндр (110) содержит стенку (115) со стороны кривошипа с отверстием (116) и корпус (119) сальника, герметично установленный на указанной стенке (115) со стороны кривошипа на указанном отверстии (116), причем указанный корпус (119) сальника является кольцевым и образует отверстие (120), в котором размещается указанный шток (134) с возможностью скольжения; и рубашку (150), расположенную вокруг указанного поршневого штока (134), причем указанная рубашка (150) содержит конец (152) со стороны поршня, герметично прикрепленный к указанному поршню (130), и конец (154) со стороны цилиндра, герметично прикрепленный к указанному цилиндру (110) для герметизации указанной камеры (111) сжатия, причем указанный конец (154) указанной рубашки (150) со стороны цилиндра герметично прикреплен к указанному корпусу (119) сальника. Техническим результатом изобретения является обеспечение улучшенной герметизации зазора вокруг поршневого штока. 2 н. и 12 з.п. ф-лы, 3 ил.

Description

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

[0001] Объект изобретения, описанный в настоящем документе, относится к поршневому компрессору.

ПРЕДПОСЫЛКИ СОЗДАНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0002] Традиционные поршневые компрессоры имеют поршень, расположенный внутри цилиндра, и шток, механически соединенный с поршнем для приведения его в действие. Цилиндр имеет отверстие, в котором шток может скользить, чтобы обеспечить возвратно-поступательное движение штока. Это отверстие необходимо герметизировать вокруг поршневого штока для уменьшения утечки газа из цилиндра.

[0003] В соответствии с известными решениями герметизация отверстия цилиндра вокруг поршневого штока осуществляется с помощью набивного сальника, содержащего ряд колец, изготовленных из полукристаллического термопластичного материала, такого как полиэфирэфиркетон, общеизвестного как «ПЭЭК», расположенных вокруг поршневого штока и размещенных в так называемых «стаканах». Кольца из ПЭЭК в основном имеют раздельную конструкцию и охвачены пружинными элементами, которые сжимают разделенные кольца по окружности так, что они прижимаются вплотную к поршневому штоку, обеспечивая надежную герметизацию зазора между кольцами и поршневым штоком.

[0004] Недостатком является то, что кольца из ПЭЭК, прижатые к поршневому штоку, не обеспечивают идеальную герметизацию, и некоторое количество газа может выходить из цилиндра через стаканы при совершении поршневым штоком возвратно-поступательного движения. Кроме того, кольца из ПЭЭК, прижатые к поршневому штоку, вызывают трение во время движения возвратно-поступательного движения поршня, что приводит к расходу энергии и износу поршневого штока.

ИЗЛОЖЕНИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0005] Желательны поршневые компрессоры с цилиндром, имеющим улучшенную герметизацию зазора вокруг поршневого штока.

[0006] В соответствии с первым аспектом объект изобретения, описанный в настоящем документе, относится к поршневому компрессору; поршневой компрессор включает в себя цилиндр и поршень, перемещающийся путем скольжения внутри камеры сжатия цилиндра; поршневой шток механически соединен с указанным поршнем и проходит через отверстие цилиндра таким образом, что между поршневым штоком и отверстием имеется кольцевой зазор; для предотвращения (или по меньшей мере ограничения) утечки газа через зазор вокруг поршневого штока предусмотрена рубашка; рубашку прикрепляют к поршню с одной стороны и к цилиндру другой стороны. При этом цилиндр содержит стенку со стороны кривошипа с отверстием и корпус сальника, герметично установленный на указанной стенке со стороны кривошипа на указанном отверстии, причем указанный корпус сальника является кольцевым и образует указанное отверстие, в котором размещается шток с возможностью скольжения, а рубашка расположена вокруг указанного поршневого штока и имеет конец со стороны поршня, герметично прикрепленный к указанному поршню, и конец со стороны цилиндра, герметично прикрепленный к указанному цилиндру для герметизации указанной камеры сжатия, а указанный конец рубашки со стороны цилиндра герметично прикреплен к указанному корпусу сальника.

[0007] В соответствии со вторым аспектом объект изобретения, описанный в настоящем документе, относится к способу предотвращения или ограничения утечки из камеры сжатия поршневого компрессора, а именно, утечки через зазор вокруг штока поршня поршневого компрессора; утечку предотвращают (или по меньшей мере ограничивают) путем изоляции поршневого штока от газа в камере сжатия; преимуществом является то, что изоляция выполняется путем расположения рубашки вокруг поршневого штока.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ГРАФИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ

[0008] Описанные варианты осуществления изобретения и сопутствующие ему преимущества можно более полно оценить и понять в ходе изучения следующего подробного описания, рассматриваемого в связи с прилагаемыми чертежами, причем:

На Фиг. 1 схематично показано поперечное сечение варианта осуществления поршневого компрессора в первом положении во время работы, а именно когда поршень находится в положении со стороны головки;

На Фиг. 2 схематично показано поперечное сечение варианта осуществления, изображенного на Фиг. 1, во втором положении во время работы, а именно когда поршень находится в положении со стороны кривошипа; и

На Фиг. 3 представлен вид в увеличенном масштабе поперечного сечения, показанного на Фиг. 2.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

[0009] В поршневом компрессоре предшествующего уровня техники, т.е. в компрессорах, в которых поршень перемещается назад и вперед внутри камеры сжатия, газ может выходить из камеры сжатия через зазор между штоком поршня и отверстием в стенке камеры сжатия, в то время как поршневой шток перемещается назад и вперед через отверстие. Во избежание выхода газа в поршневых компрессорах, обладающих признаками изобретения, поршневой шток имеет герметизирующую рубашку, благодаря чему газ, окружающий поршневой шток, не может соприкасаться с поршневым штоком и выходить через зазор вокруг поршневого штока.

[0010] Ниже будут даны подробные ссылки на варианты осуществления описания, пример которых показан на чертежах. Каждый из примеров приводится для пояснения описания, а не ограничения описания. В сущности, специалистам в данной области должно быть очевидно, что в рамках настоящего описания можно создавать различные модификации и вариации без отступления от объема или сущности описания.

[0011] На Фиг. 1, 2 и 3 показан поршневой компрессор 100. На этих фигурах, в частности на Фиг. 1 и Фиг. 2, показан один цилиндр 110 и один поршень 130 поршневого компрессора 100. Однако в альтернативных вариантах осуществления поршневые компрессоры в соответствии с описанным в настоящем документе объектом изобретения могут иметь любое количество цилиндров и поршней; в частности, в соответствии с некоторыми вариантами осуществления один поршень может быть механически соединен с двумя поршневыми штоками на противоположных сторонах поршня.

[0012] Поршневой шток 134 механически соединен с поршнем 130 и выступает из первой стороны поршня 130. Поршневой шток 134 может быть выполнен заедино с поршнем 130 или жестко соединен с ним.

[0013] Цилиндр 110 имеет камеру 111 сжатия; на Фиг. 1 ссылочный номер 111 размещен как над поршневым штоком 134, так и под ним, чтобы было ясно, что камера сжатия окружает поршневой шток латерально и может иметь цилиндрическую форму. В альтернативных вариантах осуществления поршневые компрессоры в соответствии с описанным в настоящем документе объектом изобретения могут иметь другую камеру сжатия на противоположной стороне поршня, которая не показана на Фиг. 1.

[0014] Поршень 130 расположен с возможностью скольжения в камере 111 сжатия с возможностью возвратно-поступательного движения вдоль оси Т перемещения для сжатия газа внутри камеры 111 сжатия; поршневой шток 134 совершает соответствующее возвратно-поступательное движение. В частности, поршень 130 выполнен с возможностью перемещения между положением со стороны головки, соответствующим положению поршня на Фиг. 1, и положением со стороны кривошипа, соответствующим положению поршня на Фиг. 2; в положении со стороны головки большая часть поршневого штока 134 расположена внутри камеры 111 сжатия, тогда как в положении со стороны кривошипа небольшая часть поршневого штока 134 расположена внутри камеры 111 сжатия.

[0015] В соответствии с вариантом осуществления, показанным на фигурах, цилиндр 110 содержит латеральную стенку 112, стенку 115 со стороны кривошипа и стенку со стороны головки, не показанную на прилагаемых фигурах; латеральная стенка может быть цилиндрической; стенка со стороны кривошипа и стенка со стороны головки могут быть круглыми. Латеральная цилиндрическая стенка 112 имеет один или более проточных каналов 113, соединенных по флюиду с клапанами (не показаны на прилагаемых фигурах), которые регулируют поток газа на входе и на выходе камеры 111 сжатия. Стенка со стороны головки и стенка со стороны кривошипа расположены перпендикулярно оси Т перемещения. Стенка 115 со стороны кривошипа имеет отверстие 116 для поршневого штока 134, в частности, расположенное на оси Т перемещения, внутреннюю поверхность 117, обращенную к камере 111 сжатия, и внешнюю поверхность 118, противоположную внутренней поверхности 117. Поршневой шток 134 расположен с возможностью прохождения через отверстие 116.

[0016] В соответствии с альтернативными вариантами осуществления как стенка со стороны кривошипа, так и стенка со стороны головки могут иметь отверстие, причем оба расположены вокруг оси Т перемещения, для двух поршневых штоков; в этом случае поршневой компрессор имеет две камеры сжатия.

[0017] В соответствии с вариантом осуществления, показанным на фигурах, так называемый корпус 119 сальника герметично соединен со стенкой 115 со стороны кривошипа в отверстии 116. Корпус 119 сальника имеет отверстие 120 для поршневого штока 134, предпочтительно расположенное вдоль оси Т перемещения. Поршневой шток 134 вставляют с возможностью скольжения через отверстие 120, и он имеет конец со стороны головки, механически соединенный с поршнем 130 и расположенный внутри камеры 111 сжатия в любой момент работы возвратно-поступательного компрессора, и конец со стороны кривошипа, механически соединенный с кривошипным механизмом (не показан на прилагаемых фигурах) и расположенный за пределами камеры 111 сжатия в любой момент работы возвратно-поступательного компрессора. Поршневой механизм расположен с возможностью приведения поршня 130 в его возвратно-поступательное движение. Корпус 119 сальника может быть расположен с возможностью обеспечения степени герметизации отверстия 120 при совершении поршневым штоком 134 возвратно-поступательного движения внутри него.

[0018] Преимуществом является то, что корпус 119 сальника представляет собой или включает в себя фланцевую втулку 121, образующую отверстие 120 и имеющую фланец 122, расположенный с возможностью крепления к стенке 115 со стороны кривошипа, как показано на Фиг. 3.

[0019] В частности, фланец 122 втулки 121 имеет кольцевую поверхность 123, расположенную с возможностью прижатия к стенке 115 со стороны кривошипа. Предпочтительно герметизирующий элемент расположен между кольцевой поверхностью 123 корпуса 119 сальника и стенкой 115 со стороны кривошипа. Для прижатия корпуса 119 сальника к стенке 115 со стороны кривошипа и обеспечения их герметичного соединения могут быть использованы стяжные шпильки 126. В конфигурации, показанной на фигурах (см., в частности, Фиг. 3), корпус 119 сальника может быть установлен на стенку 115 со стороны кривошипа и снят с нее с наружной стороны камеры 111 сжатия.

[0020] Втулка 121 полностью вставлена в отверстие 116, когда корпус 119 сальника установлен на стенке 115 со стороны кривошипа; в альтернативном варианте осуществления втулка только частично вставлена в отверстие. Преимуществом является то, что втулка 121 имеет другую кольцевую поверхность 124, обращенную к камере 111 сжатия, когда корпус 119 сальника установлен на стенке 115 со стороны кривошипа, которая может быть использована для крепления рубашки поршневого штока, которая будет описана ниже; в частности, радиальное расположение кольцевой поверхности 124 является внутренним по отношению к радиальному расположению кольцевой поверхности 123.

[0021] Преимуществом является то, что цилиндр 110, в частности стенка 115 со стороны кривошипа, имеет кольцевое углубление 127 для по меньшей мере частичного размещения рубашки, которая будет описана ниже. В варианте осуществления, показанном на фигурах (см., в частности, Фиг. 3), кольцевое углубление 127 является частью отверстия 116 и частично ограничена кольцевой поверхностью 124 корпуса 119 сальника, внутренней поверхностью 117 стенки 115 со стороны кривошипа (см. пунктирную линию на Фиг. 3).

[0022] Поршневой компрессор 100 дополнительно включает в себя рубашку 150, расположенную вокруг поршневого штока 134 и размещенную внутри камеры 111 сжатия, для герметизации камеры 111 сжатия относительно отверстия 120. Рубашка 150 проходит от конца 152 со стороны поршня к концу 154 со стороны цилиндра. Благодаря герметизирующему эффекту, обеспечиваемому рубашкой, корпус сальника может быть выполнен таким образом, чтобы не обеспечить герметизацию или обеспечивать лишь ограниченную герметизацию отверстия, в которое вставляется поршень.

[0023] Конец 152 рубашки 150 со стороны поршня герметично прикреплен к поршню 130, в частности к фланцу 136 поршня, прикрепленному к поршню 130, для герметичного соединения конца 152 со стороны поршня с поршнем 130. Предпочтительно рубашка 150 и фланец 136 поршня соединяются способом впрессовки и/или с помощью связующего агента. Преимуществом является то, что фланец 136 поршня расположен вокруг поршневого штока 134 и имеет внутреннюю, например цилиндрическую, поверхность 137, которая обращена к поршневому штоку 134 и совпадает по форме с наружной, например цилиндрической, поверхностью поршневого штока 134.

[0024] Конец 154 рубашки 150 со стороны цилиндра герметично прикреплен к цилиндру ПО, в частности к корпусу 119 сальника, который прикреплен к стенке 115 цилиндра 110 со стороны кривошипа. Преимущественно цилиндр 110 содержит фланец 128 цилиндра, прикрепленный к внутренней кольцевой поверхности 124 корпуса 119 сальника, для герметичного соединения конца 154 рубашки 150 со стороны цилиндра с корпусом 119 сальника. Предпочтительно рубашка 150 и фланец 128 цилиндра соединяются способом впрессовки и/или с помощью связующего агента. Преимуществом является то, что фланец 128 цилиндра расположен вокруг поршневого штока 134 и имеет внутреннюю, например цилиндрическую, поверхность 129, которая обращена к поршневому штоку 134 и совпадает по форме с наружной, например цилиндрической, поверхностью поршневого штока 134.

[0025] Рубашка 150 расположена с возможностью адаптации к различным положениям поршня 130 между положением со стороны головки (см. Фиг. 1) и положением со стороны кривошипа (см. Фиг. 2). В частности, рубашка 150 выполнена с возможностью выдвижения вдоль оси Т перемещения; в положении поршня 130 со стороны головки, соответствующем максимальному расстоянию поршня 130 от корпуса 119 сальника, рубашка 150 находится в выдвинутой конфигурации или максимально выдвинутом положении; в положении поршня 130 со стороны кривошипа, соответствующем минимальному расстоянию поршня 130 от корпуса 119 сальника, рубашка 150 находится во втянутой конфигурации или минимально выдвинутом положении. Следует отметить, что в соответствии с вариантом осуществления, показанном на фигурах, рубашка 150 всегда частично размещается в углублении 127; однако во втянутой конфигурации большая часть рубашки, вплоть до всей рубашки, размещается в углублении.

[0026] Фиг. 2 отличается от Фиг. 1 тем, что поршень 130 расположен ближе к стенке 115 цилиндра 110 со стороны кривошипа и корпусу 119 сальника; следовательно, фланец 136 поршня расположен ближе к фланцу 128 цилиндра; рубашка 150 находится во втянутом положении; объем камеры 111 сжатия меньше.

[0027] Предпочтительно рубашка 150 изготовлена из газонепроницаемого, гибкого и прочного материала, такого как синтетический каучук или гибкий композитный материал.

[0028] В соответствии с вариантом осуществления, показанным на фигурах, рубашка 150 имеет форму сильфона и выполнена с возможностью складывания для адаптации к различным положениям поршня 130 между положением со стороны головки и положением со стороны кривошипа. Преимуществом является то, что рубашка 150 может не только иметь форму сильфона, но и быть эластично растяжимой.

[0029] В соответствии с другими вариантами осуществления, не показанными на прилагаемых фигурах, поршень может иметь кольцевое углубление, расположенное вокруг поршневого штока, для по меньшей мере частичного размещения рубашки, особенно когда рубашка находится во втянутой конфигурации и поршень находится в положении со стороны кривошипа.

[0030] В соответствии с другими вариантами осуществления, не показанными на прилагаемых фигурах, как цилиндр, так и поршень могут иметь углубления для по меньшей мере частичного размещения рубашки, особенно когда рубашка находится во втянутой конфигурации и поршень находится в положении со стороны кривошипа.

[0031] В соответствии с другим аспектом описанный в настоящем документе объект изобретения относится к способу предотвращения (или по меньшей мере ограничения) утечки из камеры сжатия поршневого компрессора через зазор вокруг штока поршня, перемещающегося путем скольжения внутри цилиндра поршневого компрессора. Способ реализован, например, с помощью варианта осуществления поршневого компрессора, описанного выше и показанного на прилагаемых фигурах; далее способ будет описан со ссылкой на этот вариант осуществления без какого-либо ограничивающего намерения.

[0032] Способ включает стадию герметичной изоляции поршневого штока от газа в камере сжатия. Например, в соответствии с вышеупомянутым вариантом осуществления поршневой шток 134 изолирован от газа в камере 111 сжатия в любой момент работы возвратно-поступательного компрессора.

[0033] Преимуществом является то, что, например, в варианте осуществления, показанном на прилагаемых фигурах, стадия изоляции включает размещение рубашки, имеющей условное обозначение 150 на прилагаемых фигурах, вокруг поршневого штока, имеющего условное обозначение 134 на прилагаемых фигурах.

[0034] Для обеспечения герметизации конец 152 рубашки 150 со стороны поршня может быть герметично прикреплен к поршню 130 и/или конец 152 рубашки 150 со стороны цилиндра может быть герметично прикреплен к цилиндру 110, в частности к так называемому корпусу 119 сальника цилиндра, как описано выше.

Claims (19)

1. Поршневой компрессор (100), содержащий:

- поршень (130);

- поршневой шток (134), механически соединенный с указанным поршнем (130);

- цилиндр (110), содержащий камеру (111) сжатия, выполненную с возможностью размещения указанного поршня (130) с возможностью скольжения, причем указанный цилиндр (110) содержит стенку (115) со стороны кривошипа с отверстием (116) и корпус (119) сальника, герметично установленный на указанной стенке (115) со стороны кривошипа на указанном отверстии (116), причем указанный корпус (119) сальника является кольцевым и образует отверстие (120), в котором размещается указанный шток (134) с возможностью скольжения; и

- рубашку (150), расположенную вокруг указанного поршневого штока (134), причем указанная рубашка (150) содержит конец (152) со стороны поршня, герметично прикрепленный к указанному поршню (130), и конец (154) со стороны цилиндра, герметично прикрепленный к указанному цилиндру (110) для герметизации указанной камеры (111) сжатия,

причем указанный конец (154) указанной рубашки (150) со стороны цилиндра герметично прикреплен к указанному корпусу (119) сальника.

2. Поршневой компрессор (100) по п. 1, в котором указанный поршень (130) выполнен с возможностью перемещения путем скольжения относительно цилиндра (110) вдоль оси (Т) перемещения между положением со стороны кривошипа и положением со стороны головки, причем указанная рубашка (150) расположена с возможностью адаптации к различным положениям поршня (130) между указанным положением со стороны кривошипа и указанным положением со стороны головки.

3. Поршневой компрессор (100) по п. 2, в котором указанная рубашка (150) выполнена с возможностью эластичного удлинения вдоль указанной оси (Т) перемещения для адаптации к различным положениям поршня (130).

4. Поршневой компрессор (100) по п. 2 или 3, в котором указанная рубашка (150) имеет форму сильфона, причем указанная рубашка (150) выполнена с возможностью складывания для адаптации к различным положениям поршня (130).

5. Поршневой компрессор (100) по любому предшествующему пункту, в котором указанный цилиндр (110) содержит кольцевое углубление (127), расположенное вокруг указанного отверстия (120), для по меньшей мере частичного размещения указанной рубашки (150), по меньшей мере когда указанный поршень (130) находится в положении со стороны кривошипа.

6. Поршневой компрессор (100) по любому предшествующему пункту, в котором указанный поршень (130) содержит кольцевое углубление, расположенное вокруг указанного поршневого штока (134), для по меньшей мере частичного размещения указанной рубашки (150), по меньшей мере когда указанный поршень (130) находится в положении со стороны кривошипа.

7. Поршневой компрессор (100) по любому предшествующему пункту, в котором указанный поршень (130) содержит фланец (136) поршня, прикрепленный к указанному поршню (130), причем указанный конец (152) указанной рубашки (150) со стороны поршня герметично напрямую прикреплен к указанному фланцу (136) поршня.

8. Поршневой компрессор (100) по любому предшествующему пункту, в котором указанная рубашка (150) содержит конец (154) со стороны цилиндра, герметично прикрепленный к указанному цилиндру (110).

9. Поршневой компрессор (100) по п. 8, в котором указанный цилиндр (110) содержит фланец (128) цилиндра, причем указанный конец (154) указанной рубашки (150) со стороны цилиндра герметично напрямую прикреплен к указанному фланцу (128) цилиндра.

10. Поршневой компрессор (100) по любому предшествующему пункту, в котором указанный корпус (119) сальника имеет периферийную кольцевую поверхность (123) и внутреннюю кольцевую поверхность (124), причем указанная стенка (115) со стороны кривошипа прикреплена к указанной периферийной кольцевой поверхности (123), и при этом указанный фланец (128) цилиндра прикреплен к указанной внутренней кольцевой поверхности (124).

11. Поршневой компрессор (100) по любому предшествующему пункту, в котором указанная рубашка (150) изготовлена из синтетического каучукового материала или гибкого композитного материала.

12. Способ предотвращения или ограничения утечки газа из камеры (111) сжатия поршневого компрессора (100) по любому предшествующему пункту через зазор вокруг штока (134) поршня (130), перемещающегося путем скольжения внутри цилиндра (110), включающий стадию герметичной изоляции поршневого штока (134) от газа в камере (111) сжатия, включающую размещение рубашки (150) вокруг указанного штока (134).

13. Способ по п. 12, в котором конец указанной рубашки (150) со стороны поршня герметично прикреплен к поршню (130).

14. Способ по п. 12 или 13, в котором конец указанной рубашки (150) со стороны цилиндра герметично прикреплен к цилиндру (110).